数控机床刀架设计及运动控制毕业设计说明书

辽宁工程技术大学-1-目录前言...............................................................................................11国内外数控发展历史...............................................................31.1国内外数控车床的研究状况与成果................................31.2数控刀架的发展趋势........................................................62数控刀架整体方案设计...........................................................82.1数控机床刀架应满足的要求............................................82.2动力刀架的整体方案设计................................................92.3数控机床刀架的类型......................................................102.4数控转塔刀架的开发应用..............................................122.5刀架的工作原理...............................................................132.6刀架定位精度及重复定位精度......................................153数控机床自动回转刀架机构设计.........................................163.1步进电机的选用..............................................................163.2.1齿轮传动的分类和特点...........................................173.2.2齿轮传动类型选择的原则.......................................183.3蜗杆及蜗轮的选用与校核..............................................18辽宁工程技术大学-2-3.3.1选择传动的类型.........................................................183.3.2选择材料和确定许用应力.........................................183.3.3按接触强度确定主要参数..........................................193.4蜗杆轴的设计..................................................................213.4.1蜗杆轴的材料选择，确定许用应力.........................213.4.2按扭转强度初步估算轴的最小直径.........................213.4.3确定各轴段的直径和长度.........................................213.4.4蜗杆轴的校核..............................................................223.4.5键的选取与校核.........................................................263.5蜗轮轴的设计..................................................................273.5.1蜗轮轴材料的选择，确定需用应力.........................273.5.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径.....................273.5.3确定各轴段的直径和长度..........................................273.6中心轴的设计...................................................................283.6.1刀架轴的结构设计及计算.........................................283.6.2确定各轴段的直径和长度.........................................283.6.3轴的校核.....................................................................303.7齿盘的设计......................................................................303.7.1齿盘的材料选择和精度等级.....................................313.7.2确定齿盘参数...........................................................31辽宁工程技术大学-3-3.7.3按接触疲劳强度进行计算.......................................313.8轴承的选择......................................................................333.8.1.轴承内部结构.........................................................333.8.2.轴承分类与特点.....................................................333.8.3滚动轴承的配合.......................................................343.8.4滚动轴承的润滑.......................................................353.8.5滚动轴承的密封装置...............................................354．电气控制部分设计...............................................................374.1硬件电路设计...................................................................374.2.控制软件设计................................................................395总结.........................................................................................45致谢.............................................................................................46参考文献.....................................................................................47附录A..........................................................................................49附录Ｂ.........................................................................................60辽宁工程技术大学-1-前言制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。自从20世纪60年代世界上第一台数控机床问世以来，随着计算机技术、微电子技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和机械制造技术等各相关领域的发展，数控技术已成为现代先进制造系统(FMS，CIMS等)中不可缺少的基础技术。由于机床数控系统技术复杂，种类繁多。现在数控机床的“使用难、维修难”问题，已经是影响数控机床有效利用的首要问题。工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此，要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。本课题数控机床刀架设计及运动控制，该刀架能够在一次装夹中完成多道工序，使加工范围扩大，大大提高了加工精度和生产效率。本次设计的主要内容为：1）数控机床动力转塔刀架总体布局设计；2）动力刀架传动部分设计；3）动力刀架分度机构设计；4）辽宁工程技术大学-2-动力刀架运动控制；刀架整体设计和刀架运动控制部分设计是这次设计中的重点内容，同时也是难点。通过广泛查阅文献资料，参观数控车床实物样机以及与指导老师相互讨论等途径，拟定了如下的研究手段：回转刀架的换刀分为刀盘抬起、刀架锁紧和刀盘转位三个动作，刀架转位则由伺服电机来驱动。刀盘转位动作的实现顺经以下步骤：数控系统发出刀盘转位的命令伺服电机启动涡轮蜗杆转动刀架主轴转动实现刀盘转位。辽宁工程技术大学-3-1国内外数控发展历史1.1国内外数控车床的研究状况与成果本章重点介绍数控机床在国内外的发展情况，以及国内数控机床的发展趋势美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验